Transformador de potencia de alta calidad del fabricante chino con estándares IEC

¿Qué es un transformador?

Un transformador es un dispositivo eléctrico que utiliza el principio de inducción electromagnética para cambiar el voltaje de la corriente alterna, que generalmente incluyetransformadores elevadores y reductores. En el proceso de ajuste y ajuste de tensión, los transformadores mantendrán su frecuencia sin cambios, variando la relación de vueltas entre los devanados primario y secundario. Su mecanismo operativo principal es que cuando la CA fluye a través del devanado primario, crea un campo magnético variable en el núcleo, que a su vez induce una fuerza electromotriz en el devanado secundario, permitiendo así la conversión entre voltaje y corriente: aumentar el voltaje reduce la corriente, reducir el voltaje aumenta la corriente e idealmente la potencia total permanece constante. Esta característica permite reducir en gran medida las pérdidas de transmisión en el suministro de energía a larga distancia, al mismo tiempo que proporciona voltajes adaptados de forma segura para varios dispositivos en el punto de uso. Las aplicaciones típicas van desde transformadores gigantes en subestaciones, transformadores de distribución en postes de servicios públicos hasta transformadores en miniatura dentro de cargadores de teléfonos móviles. Sin embargo, es necesario señalar especialmente queun transformador funciona solo con corriente alterna y no puede convertir corriente continua.

¿Cuál es el principio de funcionamiento de un transformador?

El principio de funcionamiento de un transformador se basa en laley de inducción electromagnética. Cuando una corriente alterna fluye a través del devanado primario, crea un flujo magnético alterno en el núcleo. Este flujo alterno vincula simultáneamente los devanados primario y secundario, induciendo una fuerza electromotriz (EMF) en cada devanado. A través de esta inducción electromagnética, el transformador transfiere energía eléctrica y transforma el voltaje, existiendo únicamente acoplamiento magnético entre los dos devanados y sin conexión eléctrica directa.

La relación de transformación de voltaje es:

U₁/U₂ = N₁/N₂ = k

donde U₁, U₂ son los voltajes primario y secundario, N₁, N₂ son el número de vueltas en los devanados y k es la relación de vueltas. Cuando el secundario tiene más vueltas que el primario, el transformadorintensificaVoltaje; cuando tiene menos vueltas,bajaVoltaje.

Construcción y componentes clave

Un transformador se compone principalmente de la parte activa, comoNúcleo, devanados, aislamiento y conductores, tanque, sistema de enfriamiento, dispositivos de protección y casquillos.. El núcleo y los devanados, también llamados bobinas, son los componentes más esenciales.

1. Núcleo (Circuito Magnético)

El núcleo proporciona el camino magnético y está compuesto por patas del núcleo (secciones verticales sobre las que se montan los devanados) y yugos (secciones horizontales que cierran el camino magnético). Para reducir las pérdidas por corrientes parásitas y las pérdidas por histéresis, el núcleo generalmente se construye a partir delaminaciones de acero al silicio, cada uno recubierto con barniz aislante o una capa de óxido para aislarlos entre sí. Las configuraciones principales son principalmentetipo de núcleo(los devanados rodean las patas del núcleo, común en los transformadores de potencia) ytipo concha(El núcleo rodea los devanados, lo que da como resultado un flujo de fuga bajo y una alta resistencia mecánica, a menudo utilizado en instrumentos de precisión y dispositivos pequeños).

2. Devanados (Circuito Eléctrico)

Los devanados son el circuito eléctrico del transformador, dividido endevanado primario y devanado secundario. Están hechos de alambre de cobre o aluminio con aislamiento de alta resistencia. Los devanados suelen estar dispuestos de forma concéntrica (el devanado de baja tensión se coloca al lado del brazo central, el devanado de alta tensión se coloca alrededor del exterior). En cuanto al aislamiento, los transformadores modernos sumergidos en aceite utilizan principalmente unsistema de aislamiento compuesto de barrera de papel y aceitecompuesto por cartón prensado, papel para cables y aceite para transformadores. El grosor del cartón prensado suele ser de 2 a 5 mm, lo que permite un aislamiento fiable para niveles de alto voltaje.

Lo anterior describe el sistema electromagnético central, y los siguientes sistemas auxiliares también son muy importantes para los transformadores sumergidos en aceite:

Tanque:Un contenedor externo utilizado para contener núcleos de hierro, devanados y llenar aceite de transformador. Los transformadores de gran capacidad suelen estar equipados con radiadores externos o tuberías de refrigeración para mejorar la disipación del calor.

Aceite de transformador:Sirve como medio aislante (con mejor rendimiento de aislamiento que el aire) y como medio de enfriamiento (el calor generado por el núcleo del transformador y el devanado se transfiere a la pared del tanque de aceite a través de la convección del aceite). Según los diferentes puntos de fluidez, el aceite de transformador se divide en diferentes grados, como10, 25 y 45para adaptarse a diferentes condiciones climáticas.

Conservador (tanque de compensación de petróleo):Un tanque de combustible horizontal instalado encima del tanque de combustible principal, conectado por tuberías. Separa el aceite del aire a través de un diafragma. Basado en las características del aceite que se expande y contrae con los cambios de temperatura, almacena aceite a temperaturas más altas y suministra aceite a temperaturas más bajas, reduciendo así el contacto entre el aceite y el aire y previniendo la absorción de humedad y el envejecimiento.

Bujes:Saque los cables de alto y bajo voltaje de los terminales aislados de la carcasa del transformador; Proporcionan aislamiento eléctrico y soporte mecánico.

Dispositivos de protección:Incluyendo cambiadores de tomas con o sin carga, relés Bucher (relés de gas), puertos de escape a prueba de explosiones (puertos de escape de seguridad), respiradores para deshidratación (respiradores de silicona), elementos sensores de temperatura e instrumentos relacionados. Estos dispositivos generalmente pueden proporcionar monitoreo en tiempo real y protección integral.

Tipos de transformadores

Los transformadores se pueden clasificar en varios aspectos a continuación:

1. Según Aplicación

Transformadores de potencia:Los transformadores de potencia se utilizan principalmente para la conversión de voltaje y la transmisión/distribución de energía en sistemas eléctricos y representan más del 80% de todos los transformadores.

Transformadores de Distribución:Los transformadores de distribución generalmente se refieren a transformadores por debajo de 35 kV (principalmente 10 kV/0,4 kV) que suministran energía directamente a los usuarios finales.

Transformadores especiales:Incluyendo transformadores de prueba para pruebas de resistencia a la tensión, transformadores de instrumentos (incluidos transformadores de tensión, transformadores de corriente para medición y protección), transformadores rectificadores de CA a CC, utilizados para electrólisis, galvanoplastia, accionamiento de CC, transformadores de horno, transformadores de minería, etc.

2. Según el medio de refrigeración y aislamiento

Transformadores sumergidos en aceite:El núcleo de hierro y el devanado del transformador sumergidos en aceite están completamente sumergidos en aceite aislante mineral, que tiene una excelente disipación de calor y rendimiento de aislamiento, alta eficiencia y costo relativamente bajo. Los transformadores sumergidos en aceite se utilizan ampliamente en subestaciones al aire libre y parques industriales, pero requieren medidas de prevención de incendios y explosiones.

Transformadores tipo seco:El núcleo de hierro y el devanado de los transformadores de tipo seco no están sumergidos en aceite; Utilizan materiales aislantes de aire o sólidos, como la fundición de resina epoxi. Los transformadores de tipo seco son resistentes al fuego y libres de fugas, adecuados para lugares interiores con estrictas normas de prevención de incendios, como edificios de gran altura, centros de datos, centros comerciales y hospitales.

Transformadores aislados en gas:Los transformadores aislados en gas son relativamente raros en el mercado y generalmente utilizan gases sintéticos como SF₆ como medio de refrigeración y aislamiento, adecuados para condiciones de funcionamiento especiales.

3. Según el número de devanados

Transformador de dos devanados:Los transformadores de dos devanados son bastante comunes en los sistemas de energía, que tienen un devanado de alto (medio) voltaje y un devanado de bajo voltaje (un devanado primario y un devanado secundario).

Transformador de tres devanados:Un transformador de tres devanados tiene tres devanados por fase, conectados a diferentes niveles de voltaje (por ejemplo, lado de alto voltaje, lado de medio voltaje, lado de bajo voltaje). Este transformador se usa comúnmente en subestaciones que requieren múltiples niveles de voltaje.

4. Según la configuración del núcleo/devanado

Transformador tipo núcleo:El devanado del transformador tipo núcleo rodea las patas del núcleo de hierro (el núcleo de hierro está rodeado por el devanado). Este producto tiene una estructura simple, de bajo costo y se usa ampliamente en sistemas de energía.

Transformador tipo carcasa:El núcleo de un transformador tipo carcasa rodea el devanado (el devanado rodea el núcleo). Tiene estas características, como bajo flujo de fuga, alta resistencia mecánica y tamaño compacto, y se usa comúnmente en instrumentos de precisión y equipos pequeños.

5. Según número de fases

Transformadores monofásicos utilizados para cargas monofásicas o para formar grupos trifásicos y transformadores trifásicos.

6. Según el método de regulación de voltaje

Cambiador de tomas fuera de circuito (sin carga) (requiere desenergización) y Cambiador de tomas en carga (regulación automática de voltaje bajo carga).

7. Según el tipo de conexión eléctrica

Transformador de aislamiento (aislamiento):El devanado primario y el devanado secundario del transformador de aislamiento están aislados eléctricamente entre sí, únicamente mediante acoplamiento magnético. Este tipo de transformador tiene una seguridad extremadamente alta y se usa comúnmente en equipos médicos e instrumentos de precisión para evitar descargas eléctricas e interferencias electromagnéticas.

Autotransformador:El primario y el secundario comparten una parte del devanado y tienen acoplamiento magnético y conexión eléctrica directa. Compacto, tamaño pequeño, bajas pérdidas, pero sin aislamiento entre primario y secundario. Se utiliza para arranque de motores y regulación de voltaje (por ejemplo, variac de laboratorio).

¿Cómo se clasifican los transformadores de potencia?

Capacidad Nominal (Sn, en kVA o MVA):La potencia aparente que un transformador puede entregar continuamente a la tensión y corriente nominales. Es el parámetro más importante para seleccionar un transformador. Los grados de capacidad chinos siguen la serie R10, aumentando en un factor de 1,26 (100, 125, 160, 200, 250, 315, 400, 500, 630, 800, 1000 kVA, etc.). Una selección de capacidad razonable primero calcula la carga compuesta máxima, luego elige la siguiente capacidad superior para que el factor de carga sea aproximadamente del 60 al 70 %, lo que garantiza un funcionamiento seguro y económico a largo plazo.

Tensión nominal (kV):El voltaje primario coincide con el voltaje de la red; El voltaje secundario suele ser un 5 % o un 10 % más alto que el voltaje del bus del lado bajo (dependiendo del voltaje de impedancia y la capacidad) para compensar la caída de voltaje de la línea y garantizar la calidad del voltaje del usuario final.

Impedancia de cortocircuito (voltaje de impedancia, Reino Unido%):El porcentaje de voltaje primario requerido para hacer circular la corriente nominal a través del secundario cuando el secundario está en cortocircuito. Es una característica crítica que afecta los niveles de corriente de cortocircuito y la regulación de voltaje.

Pérdida sin carga (Po, kW):La potencia activa consumida desde el lado secundario de un transformador en estado de circuito abierto a frecuencia y tensión nominales se compone principalmente de pérdidas en el núcleo (pérdidas magnéticas), que dependen de la calidad de fabricación y de las características del material de acero al silicio. Si se utiliza acero al silicio de alto rendimiento y núcleos enrollados tridimensionales, las pérdidas sin carga se pueden reducir significativamente.

Pérdida de carga (Pk, kW):La potencia activa consumida cuando el secundario está en cortocircuito y la corriente nominal fluye en el primario. Consiste principalmente en pérdidas de cobre en los devanados y es proporcional al cuadrado del factor de carga.

Eficiencia (η):Potencia activa de salida dividida por potencia activa de entrada. Los grandes transformadores de potencia tienen una eficiencia muy alta; por ejemplo, un transformador elevador de generador de 380 MVA/500 kV puede alcanzar η ≥ 99,75%.

Grupo de vectores (por ejemplo, Dyn11, Yyn0):Indica el método de conexión (Y - estrella, D - delta, Z - zigzag) de los devanados de alta y baja tensión y su desplazamiento de fase. Afecta el método de puesta a tierra del neutro del sistema y la ruta de la corriente de secuencia cero.

Método de enfriamiento:Ej., ONAN (Oil Natural Air Natural), ONAF (Oil Natural Air Forced), OFWF (Oil Forced Water Forced). Los códigos de cuatro letras especifican el medio de enfriamiento y el método de circulación (ON: circulación natural de aceite; OF: circulación forzada de aceite; OD: circulación forzada dirigida por aceite; AN: aire natural; AF: aire forzado; WF: agua forzada).

¿Cómo elegir los transformadores adecuados?

Al seleccionar un transformador adecuado, además de determinar la capacidad nominal y los niveles de voltaje, también se deben considerar los siguientes factores:

Características de carga:Para cargas industriales y residenciales típicas, generalmente utilizamos transformadores de potencia estándar de doble devanado. Si se requieren múltiples niveles de voltaje, se debe seleccionar un transformador de tres devanados y la capacidad nominal de cada devanado se debe asignar de manera razonable. Para lugares con estrictos requisitos de seguridad contra incendios, como centros de datos y edificios de gran altura, se debe dar prioridad a los transformadores de tipo seco.

Entorno de instalación:Los transformadores sumergidos en aceite con particiones ignífugas generalmente se prefieren para subestaciones al aire libre, mientras que los transformadores de tipo seco deben preferirse para ambientes de uso interior.

Límites de capacidad:En subestaciones interiores, la capacidad máxima de un solo transformador sumergido en aceite no debe exceder los 1250 kVA; En subestaciones prefabricadas, la capacidad máxima de los transformadores sumergidos en aceite no debe exceder los 630 kVA y la capacidad de los transformadores de tipo seco no debe exceder los 800 kVA.

Requisitos de regulación de voltaje:Para ambientes con grandes fluctuaciones de voltaje o ajustes frecuentes, se requieren transformadores con cambiadores de tomas en carga; Para aplicaciones con tensión estable, se puede utilizar un transformador con cambiador de tomas sin carga.

Eficiencia Energética y Requisitos Ambientales:Debido a las políticas de ahorro de energía, los productos transformadores de alta eficiencia y ahorro de energía se están convirtiendo gradualmente en la opción principal. En la actualidad, la cuota de mercado de los transformadores con núcleo de hierro bobinado 3D (con pérdidas sin carga entre un 15% y un 25% menores que los núcleos de hierro laminado tradicionales) y los transformadores de aleación amorfa aumenta año tras año.

Aplicaciones especiales:Cuando se requiere regulación de voltaje, se debe seleccionar un autotransformador; Es más apropiado elegir un transformador de aislamiento cuando los requisitos de seguridad eléctrica son mayores.